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La chimie organique est la branche de la chimie qui étudie les molécules dites organiques (composées essentiellement de carbone, d'hydrogène, d'oxygène et d'azote), leurs propriétés et surtout leur réactivité. Cette chimie n'utilise aucun moyen enzymatique contrairement à la biochimie, mais souvent des catalyseurs métalliques.

On considère plusieurs types de molécules organiques : les molécules aliphatiques, cycliques et aromatiques.

La chimie organique est née de l'étude des molécules composant le pétrole. C'est la chimie organique qui a permis de découvrir et d'exploiter les propriétés de l'essence, du fioul ou du mazout, mais aussi de fabriquer de nombreux médicaments par synthèse totale (directement à partir de dérivés du pétrole) ou hémisynthèse (à partir d'un composé naturel et de dérivés du pétrole).

Les molécules composées de carbone (C) et d'hydrogène (H) possèdent des propriétés communes, liées aux fortes liaisons entre les atomes de carbone, qui forment le squelette de la molécule. Ces liaisons peuvent être simples (C-C), doubles (C=C) ou triples (C=C) ; dans les deux derniers cas, on parle de liaison insaturée ou d'insaturation. Si une molécule ne comporte que des liaisons simples, elle est dite saturée.

S'il existe un autre atome que du carbone dans le squelette, on parle de substitution. Si un hydrogène est remplacé par un autre atome, on parle de fonction. Ainsi, la présence d'un groupe -OH (hydroxyle) sur une molécule lui donne une fonction alcool.

Les molécules aliphatiques ne comportent aucun cycle. Ce sont les alcanes (saturés), les alcènes (au moins une liaison insaturée), les alcynes (au moins une triple liaison) et leur dérivés. Par exemple, le gaz naturel est un mélange d'alcanes.

Les molécules cycliques contiennent au moins un cycle de carbone. Elles peuvent être insaturées ou non, fonctionnalisées ou non. Les cycles les plus courants comportent cinq ou six atomes.

Le concept de série aromatique nécessite des connaissances assez avancées en chimie. Le nom provient de ce que les premières molécules identifiées dans cette série possèdent une forte odeur.

Ces molécules ont quelques propriétés communes : elles sont souvent inflammables, voire explosives, et elles sont presque toutes toxiques.